腫瘤是一種常見疾病，嚴重威脅著人類的健康和生命。在我國，惡性腫瘤是導致死亡的主要疾病，發病率逐年增高。腫瘤的發生、發展與免疫力低下密切相關。免疫系統無時不刻在監視著體內的細胞。如果有細胞變異、變性，免疫系統會立即進行處理；而如果免疫力弱、免疫系統有缺陷，會沒有能力及時處理，會有不少“漏網之魚”，癌細胞就悄無聲息地發展起來了。

如何提早發現？如何取得更好的治療效果？在研究過程中，都少不微電極的幫助。下面是微電極在醫學腫瘤研究領域的相關應用論文。

論文1、全氟碳通過調節腫瘤內環境來提高低氧類藥物的療效

研究背景：大多數腫瘤在生長過程中會出現不同程度的乏氧，而乏氧是導致腫瘤轉移和耐受的重要原因之一。因此，在腫瘤治療中，清除乏氧腫瘤細胞對預防腫瘤復發和轉移尤為重要。乏氧依賴性藥物則是在乏氧條件下起效的一類物質，主要包括乏氧性細菌、乏氧性前藥（如：沙門氏菌、替拉扎明）等。這些物質可與其他抗腫瘤手段聯合，清除乏氧腫瘤細胞，防止腫瘤復發和轉移。然而，臨床上聯合乏氧依賴性藥物對腫瘤的療效并不理想，這主要是由于腫瘤的乏氧部位滲透性差，藥物濃度過低所導致的。盡管已經有一些手段可增加乏氧藥物的滲透性，然而，滲透性增加必然伴隨著氧氣濃度增加，反而降低了乏氧藥物的療效。研究人員發明了一種全氟化碳納米材料，該納米材料可通過光動力效應破壞血管，增加腫瘤部位的藥物滲透，同時作為一種“吸氧海綿”，將滲透進入腫瘤組織的氧氣，富集并消耗完畢，為乏氧依賴性藥物創造了能夠起效的乏氧微環境。實驗結果顯示，通過本設計的全氟化碳納米粒可顯著增加乏氧藥物的療效。更重要的是，研究采用的全氟化碳納米粒對機體的組織器官沒有毒性，安全可靠，極有可能成為全氟化碳在臨床應用的一個新方向。

微電極研究系統的應用：

Unisense氧微電極-OX-25測量了納米粒子材料水中受到激發后對應的溶液中的氧濃度變化，以及該納米材料注入老鼠體內后，測量老鼠體內腫瘤組織的氧分壓濃度的變化情況。

圖1、PNP介導的改善HBAs和O2吸收及消耗的原理圖

圖2、老鼠的腫瘤組織內給藥后，三個周期的激光照射(808 nm,2Wcm-2)后腫瘤內的溶解氧(DO)實時變化

論文2、Mg-Ag-Y合金對MG63骨肉瘤細胞系腫瘤生長和轉移的作用機制及機制評價

研究背景介紹：骨肉瘤是一種惡性原發性骨腫瘤，常伴有肺轉移。骨肉瘤的根治性手術通常需要骨內植入物。因此應開發具有抗腫瘤功能的種植體。鎂及其合金具有良好的生物降解性能，是一種極具潛力的骨科材料成骨能力和抗腫瘤特性。然而隨著它們不受控制的降解速度和未知的抗腫瘤機制的問題出現了。研究發現與純Mg相比，稀土銀中摻釔(Ag-Y)能極大地提高這些元素的耐蝕性，從而使MG-1Ag-1Y合金具有更好的耐蝕率。研究證實了Mg和Ex-Mg-1Ag-1Y合金均表現出對局部腫瘤生長和肺轉移的抵抗作用，可通過改變細胞外酸中毒微環境、提高Mg濃度、抑制C-X-C趨化因子受體4型(CXCR4)水平、增加前列環素(PGI2)合成來實現。我們的研究表明，Ex-Mg-1Ag-1Y合金具有較好的耐腐蝕性和抗腫瘤特性，是一種很有前途的骨科植入物。

微電極研究系統的應用：

使用pH微電極穿刺入老鼠的組織中測量老鼠植入金屬材料周圍的組織內的pH值，測試周期為操作步驟完成后每4天，即分別在第0天、第8天、第16天和第36天完成測試。

圖1、Mg-1Ag-1Y合金和Mg移植體樣品在1×PBS中動態降解隨時間變化的曲線圖:(a)析氫體積，(B)1×PBS的pH值，(C)試樣重量變化，(D)電位的動態極化曲線圖。

圖2、A:裸鼠經前Mg-1ag-1y合金、純Mg、Ti合金原位植入5周后，肉眼觀察后肢局部腫瘤。B:放大局部腫瘤，在Ex-g-1Ag-1Y合金和純Mg(黑色箭頭)植入物表面可見纖維包膜。(C)三組不同時間點局部腫瘤周圍的RTV曲線和pH值。D：植入不同金屬材料的裸鼠處死后取腫瘤重量。E：術后第0天、第8天、第16天、第36天局部腫瘤組織中鎂的含量。G：術后第0天、第8天、第16天、第36天腫瘤組織銀(Ag)水平。

圖3、三組小鼠后肢在不同時間點的x線成像。白色箭頭表示植入金屬。

論文3、pH響應型氧納米微氣泡用于低氧腫瘤的自發氧傳遞

研究背景：缺氧是大多數實體腫瘤中非常常見的現象，其特點是血管密度降低、血管幾何形狀不規則、氧梯度不一致。腫瘤缺氧是導致腫瘤耐化療治療的重要因素，尤其是在需要氧氣殺死癌細胞的光動力治療和放療中。氧傳遞劑如氧飽和的全氟碳納米乳和脂質氧微納米氣泡已被用于超聲激活缺氧腫瘤供氧。這種供氧系統仍然存在一些缺陷，包括過早的供氧和依賴外部刺激。為了解決這些局限性，研究人員開發了由縮醛化葡聚糖聚合物外殼包裹的氧氣納米微氣泡，以響應腫瘤微環境中pH值的微小下降而自發地產生氧氣。乙酰化的葡聚糖聚合物外殼作為一個強大的屏障，防止循環血液中的氣體溶解，以保留大部分的氧負載，其ph響應特性使氧在溫和的酸性腫瘤微環境中突然釋放。所得的葡聚糖氧納米氣泡具有良好的穩定性和生物相容性。使用氧氣微電極對老鼠的體內外實驗研究了pH反應性氧釋放過程，研究了醋酸化右旋糖酐納米氣泡對體外無刺激氧供應的影響。

微電極研究系統的應用：

在超聲成像的指導下，將氧氣微電極插入老鼠的腫瘤組織內，通過直接測量瘤內氧水平來評估納米氣泡的氧傳遞和瘤內氧水平的增強。用氧微電極傳感器記錄特定時間間隔注射氧納米微氣泡后后3小時腫瘤內氧分壓(pO2)。

圖1.pH響應型氧納米微氣泡制備和pH觸發型氧釋放劑的示意圖。圖a表示的是以AC-DEX為外殼制備ph響應型納米氣泡。將含有AC-DEX和癸烷的二氯甲烷溶液在由DPPC、DPPG和dsp-peg組成的脂質溶液中乳化，制備納米乳劑。在相分離、冷凍干燥和輸氧之后，就形成了氧納米微氣泡。圖b表示的是水溶性葡聚糖中AC-DEX的酸催化水解在酸性環境中pH引發納米微氣泡的氧釋放。

圖2、氧納米氣泡的體外超聲成像。(a)不同濃度的氧納米泡溶液的超聲圖像（b）圖中超聲圖像的組織對比(CTR)

圖3、a)在pH 6.5和7.4下培養的氧納米微氣泡的體外氧釋放動力學，(b)儲存在中性溶液(pH 7.4)和酸性溶液(pH 6.5)中3小時的氧納米微氣泡的樣品照片。

圖4、CNE2荷瘤小鼠腫瘤內pO2測定。a)超聲圖像顯示的是一個氧微電極傳感器插入腫瘤組織內，氧微電極傳感器的尖端的位置是由紅色圓圈中的黃色十字符號表示。b)老鼠靜脈注射含氧納米微氣泡物質、含氮納米氣泡物質和含氧飽和PBS緩沖液后3小時瘤內pO2變化的測量。

論文4、硅化鎂納米顆粒作為癌癥饑餓治療的脫氧劑

研究背景介紹：眾所周知，腫瘤在人體內生長過程中，需要形成自身的血管網絡用于提供腫瘤組織生長必需的氧氣分子和營養成分，因此“血管”就是腫瘤的“命門”；通過破壞或阻塞腫瘤的血管，就能切斷對腫瘤組織的血供，腫瘤必然死亡。由于“腫瘤饑餓療法”對無機材料的苛刻要求（如滿足腫瘤組織的特異性、耗氧能力強、阻塞血管持久性，可注射性、良好的生物相容性等要求），目前無機材料用于腫瘤饑餓療法還無法實現。中科院上海硅酸鹽研究所施劍林研究員與華東師范大學化學與分子工程學院步文博教授研究團隊合作，采用改進的自蔓延燃燒法，成功制備了單分散、直徑約100nm的硅化鎂(Mg2Si)納米耗氧劑，經聚乙烯吡咯烷酮（PVP）表面改性后形成穩定的溶膠，賦予其良好的可注射性。該研究從采用自蔓延燃燒方法合成新型Mg2Si納米顆粒出發，揭示了腫瘤微環境可以特異性激活Mg2Si納米顆粒的耗氧功能和分解產物堵塞腫瘤血管的新現象，開創性提出了無機耗氧劑用于腫瘤饑餓療法的新思路，為傳統的腫瘤饑餓療法注入了新活力。

微電極研究系統的應用：

Unisense氧氣微電極測試了老鼠體內靜脈中血液中的氧氣濃度以及老鼠體內腫瘤組織的氧氣濃度。其中老鼠靜脈血液是從老鼠尾靜脈抽出20ul的靜脈血液后，并立馬進行血液中氧氣濃度的測試。而老鼠體內的各個器官組織氧氣濃度是通過使用氧微電極穿刺測試得到的。

圖1、腫瘤饑餓療法示意圖

圖2、測試老鼠活體的體內組織在不同時間以及不同距離內的氧濃度裝置圖。

圖3、酸化的DMEM營養基中（pH=6.5）加入不同濃度（0 mM、2mM、5mM、10mM）的脫氧劑MS-NPS后，體系中氧氣濃度隨時間的變化情況。從圖中可以看出，脫氧劑MS-NPS加入會引起體系中的氧氣濃度迅速降低，在30分鐘后，體系中的氧氣濃度就處于平衡了，而脫氧劑MS-NPS的濃度越大，體系中的氧氣濃度越小。但是當脫氧劑濃度增加到一定濃度時（10mM），其氧氣濃度就幾乎不變了。

圖4、小鼠中注射高劑量MS NPs（100mg/L）和未注射MS NPs不同組織器官（心臟、肝、脾臟、肺、）的在不同時間段微表面氧分壓剖面分析圖。從圖中可看出，老鼠各器官組織中的氧分壓值未出現較大的波動。